Что такое атомные часы: Атомные часы — самые точные, как они работают и зачем нужны

Атомные часы как сверхчувствительный квантовый сенсор

18.02.2022 17:30

1823

Добавить в закладки

В разделе News&Views журнала Nature опубликована статья с комментариями российского физика на исследования научных коллективов Ботвелла и Чжана. Ведущий научный сотрудник ФИАН Ксения Хабарова рассказывает о последних достижениях в области измерения гравитационного красного сдвига с помощью оптических часов.

Для проверки теории относительности когда-то требовались точные часы, разделенные тысячами километров. Сегодня оптические методы сделали такие измерения возможными в атомном кластере размером не более одного миллиметра.

Для измерения гравитационного замедления времени требуются сверхточные часы. Сейчас точность времени определяется атомными часами, которые отсчитывают время с помощью определения энергии перехода между двумя электронными состояниями в атоме.

Новаторское исследование, проведенное в 2010 году, показало, что сравнение двух атомных часов, разделенных по высоте, позволяет измерить гравитационный красный сдвиг в масштабе менее одного метра. Прогресс, о котором сообщили Чжан и соавторы, улучшает этот подход, а Ботвелл с коллегами даже доводят измерение до субмиллиметрового масштаба с помощью ансамбля ультрахолодных атомов стронция, обладающего рекордным временем когерентности.

В ФИАН ведутся разработки нового поколения оптических часов на атомах тулия.

«Мы ориентированы на транспортируемые оптические часы. Поскольку уже продемонстрировано, что гравитационный красный сдвиг можно измерять на расстояниях порядка 1 мм с помощью облака атомов, то наша цель – научиться применять транспортируемые оптические часы для релятивистской геодезии. Таким образом, можно будет перевозить часы с места на место, измерять градиент гравитационного потенциала на планете», — говорит Ксения Хабарова.

Точность современных оптических часов может соответствовать ошибке менее одной секунды за время существования Вселенной. Такая точность стала возможна благодаря тщательному контролю условий эксперимента, эффективно продлевающему время, в течение которого можно предсказать квантовое поведение атомного ансамбля, известное как время квантовой когерентности. Чем больше время когерентности, тем стабильнее и точнее часы.

«Сейчас мы живем в эпоху, когда возникла необходимость измерять малые величины. Мы уже научились определять местоположение человека с точностью меньше 1 метра с помощью спутников ГЛОНАСС и тех атомных часов, которые расположены на земле. Для того чтобы просто ходить или ездить по дорогам, этого достаточно. Дальше увеличивать точность нужно и можно. На данный момент мы еще не дошли до того, чтобы запустить оптические часы на орбиту. Также хотелось бы научиться работать с оптическими часами не только в лабораторных, но и в полевых условиях. Это откроет возможности для релятивистской геодезии. Одно из практических применений транспортируемых оптических часов – поиск полостей в земле или мест с большим скоплением плотного материала, которыми могут быть полезные ископаемые. Для этого в том числе и нужны сверхчувствительные часы».

Рецензия опубликована в Nature News & views

Ksenia Khabarova (2022). Atomic clouds stabilized to measure dilation of time

https://www.nature.com/articles/d41586-022-00379-x

Источник информации и фото: отдел по связям с общественностью ФИАН

Разместила Наталья Сафронова

ФИАН
атомные часы
теория относительности

Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.

НАУКА ДЕТЯМ

Завершился первый сезон проекта «Женщины: Школа наставничества»

19:00 / Наука и общество

Разработан керамический материал с памятью формы

18:55 / Инженерия

На комплексе NICA начат четвертый цикл пусконаладки

17:30 / Физика

Нижегородские ученые разработали износостойкое покрытие для деталей машин и механизмов

16:30 / Новые технологии

Работников агропромышленного комплекса наградили на выставке «Золотая осень»

16:04 / Новые технологии, Экология, Экономика

Подготовку африканистов и востоковедов обсудили на попечительском совете Института стран Азии и Африки

15:50 / Наука и общество, Образование

Петли на ДНК защитили клетки от мутаций

15:30 / Биология

Российские химики усовершенствовали фильтры для опреснения морской воды

15:13 / Новые технологии, Физика, Химия

Сквер перед входом в Пушкинский музей получил имя Ирины Антоновой

15:00 / Наука и общество

Всероссийский фестиваль науки NAUKA 0+ в Институте философии РАН 13-15 октября 2022 года

14:30 / Наука и общество, Образование

Памяти великого ученого. Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008

04.03.2019

Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002

04.03.2019

Вспоминая Сергея Петровича Капицу

14.02.2017

Смотреть все

Атомные часы принцип работы. Атомные часы

Архив Статьи

Какие «часовщики» придумали и совершенствовали этот чрезвычайно точный механизм? Есть ли ему замена? Попробуем разобраться.

В 2012 году атомное хронометрирование будет праздновать своё сорокапятилетие. В 1967 году категория времени в Международной системе единиц стала определяться не астрономическими шкалами, а цезиевым стандартом частоты. Именно его в простонародье и именуют атомными часами.

Каков же принцип работы атомных осцилляторов? В качестве источника резонансной частоты эти «устройства» используют квантовые энергетические уровни атомов или молекул. Квантовая механика связывает с системой «атомное ядро — электроны» несколько дискретных энергетических уровней. Электромагнитное поле определённой частоты может спровоцировать переход этой системы с низкого уровня на более высокий. Возможно и обратное явление: атом может перейти с высокого энергетического уровня на более низкий с излучением энергии. И тем и другим явлением можно управлять и фиксировать эти энергетические межуровневые скачки, создав тем самым подобие колебательного контура. Резонансная частота этого контура будет равна разности энергий двух уровней перехода, делённой на постоянную Планка .

Получаемый при этом атомный осциллятор обладает несомненными преимуществами по отношению к своим астрономическим и механическим предшественникам. Резонансная частота всех атомов выбранного для осциллятора вещества будет, в отличие от маятников и пьезокристаллов, одинакова. Кроме того, атомы с течением времени не изнашиваются и не меняют свои свойства. Идеальный вариант для практически вечного и чрезвычайно точного хронометра.

Впервые возможность использования межуровневых энергетических переходов в атомах в качестве стандарта частоты в далёком 1879 году рассмотрел британский физик Уильям Томсон, более известный как лорд Келвин . В качестве источника атомов-резонаторов он предлагал использовать водород. Однако его изыскания носили скорее теоретический характер. Наука того времени ещё не была готова к разработке атомного хронометра.

Потребовалось почти сто лет, чтобы идея лорда Келвина обрела практическое воплощение. Срок немалый, но и задачка была не из лёгких. Превратить атомы в идеальные маятники на практике оказалось труднее, чем в теории. Сложность заключалась в битве с так называемой резонансной шириной — небольшим колебанием частоты поглощения и испускания энергии при переходе атомов с уровня на уровень. Отношение резонансной частоты к резонансной ширине и определяет качество атомного осциллятора. Очевидно, что чем больше значение резонансной ширины, тем ниже качество атомного маятника. К сожалению, повысить резонансную частоту для улучшения качества невозможно. Она постоянна для атомов каждого конкретного вещества. А вот уменьшить резонансную ширину можно путём увеличения времени наблюдения за атомами.

Технически этого можно добиться следующим образом: пусть внешний, например кварцевый, осциллятор периодически генерирует электромагнитное излучение, заставляющее атомы вещества-донора прыгать по энергетическим уровням. При этом задачей настройщика атомного хронографа является максимальное приближение частоты этого кварцевого осциллятора к резонансной частоте межуровневого перехода атомов. Возможным это становится в случае достаточно большого периода наблюдения за колебаниями атомов и создания обратной связи, регулирующей частоту кварца.

Правда, кроме проблемы снижения резонансной ширины в атомном хронографе существует масса других проблем. Это и допплеровский эффект — смещение резонансной частоты вследствие движения атомов, и взаимные столкновения атомов, вызывающие незапланированные энергетические переходы, и даже влияние всепроникающей энергии тёмной материи.

Впервые попытка практической реализации атомных часов была предпринята в тридцатые годы прошлого столетия учёными Колумбийского университета под руководством будущего нобелевского лауреата доктора Айсидора Раби . В качестве вещества — источника атомов-маятников Раби предложил использовать изотоп цезия 133 Cs. К сожалению, работы Раби, очень заинтересовавшие NBS, были прерваны Второй мировой войной.

После её окончания первенство реализации атомного хронографа перешло к сотруднику NBS Гарольду Лайонсу. Его атомный осциллятор работал на аммиаке и давал погрешность, соизмеримую с лучшими образцами кварцевых резонаторов. В 1949 году аммиачные атомные часы были продемонстрированы широкой публике. Несмотря на довольно посредственную точность, в них были реализованы основные принципы будущих поколений атомных хронографов.

Полученный Луи Эссеном прототип цезиевых атомных часов обеспечивал точность 1*10 -9 , обладая при этом шириной резонанса всего в 340 Герц

Чуть позже профессор Гарвардского университета Норман Рэмси усовершенствовал идеи Айсидора Раби, снизив влияние на точность измерений допплеровского эффекта. Он предложил вместо одного длительного высокочастотного импульса, возбуждающего атомы, использовать два коротких, посланных в плечи волновода на некотором расстоянии друг от друга. Это позволило резко снизить резонансную ширину и фактически сделало возможным создание атомных осцилляторов, на порядок превосходящих по точности своих кварцевых предков.

В пятидесятые годы прошлого столетия на основе схемы, предложенной Норманом Рэмси, в Национальной физической лаборатории (Великобритания) её сотрудник Луи Эссен вёл работу над атомным осциллятором на основе предложенного ранее Раби изотопа цезия 133 Cs. Цезий был выбран неслучайно.

Схема сверхтонких уровней перехода атомов изотопа цезия-133

Относясь к группе щелочных металлов, атомы цезия чрезвычайно просто возбуждаются для скачка между энергетическими уровнями . Так, например, пучок света легко способен выбить из атомной структуры цезия поток электронов. Именно благодаря этому свойству цезий широко применяется в составе фотодетекторов.

Устройство классического цезиевого осциллятора на основе волновода Рэмси

Первый официальный цезиевый стандарт частоты NBS-1

Потомок NBS-1 — осциллятор NIST-7 использовал лазерную накачку луча атомов цезия

Чтобы прототип Эссена стал настоящим стандартом, потребовалось более четырёх лет. Ведь точная настройка атомных часов была возможна только путём сравнения с существующими эфемеридными единицами времени. В течение четырёх лет атомный осциллятор калибровался с помощью наблюдений за вращением Луны вокруг Земли с помощью точнейшей лунной камеры, изобретённой сотрудником Военно-морской обсерватории США Уильямом Марковицем.

«Подгонка» атомных часов по лунным эфемеридам велась с 1955 по 1958 год, после чего устройство было официально признано NBS в качестве стандарта частоты. Более того, беспрецедентная точность цезиевых атомных часов сподвигла NBS сменить в стандарте SI единицу измерения времени. С 1958 года в качестве секунды официально была принята «продолжительность 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующая переходу между двумя сверхтонкими уровнями стандартного состояния атома изотопа цезия-133».

Устройство Луи Эссена получило наименование NBS-1 и стало считаться первым цезиевым стандартом частоты.

За последующие тридцать лет были разработаны шесть модификаций NBS-1, последняя из которых — NIST-7, созданная в 1993 году благодаря замене магнитов на лазерные ловушки, обеспечивает точность 5*10 -15 при резонансной ширине всего шестьдесят два Герца.

Сравнительная таблица характеристик цезиевых стандартов частоты, используемых NBS

Устройства NBS являются стационарными стендами, что позволяет отнести их скорее к эталонам, чем к практически используемым осцилляторам. А вот для сугубо практических целей на благо цезиевого стандарта частоты поработала компания Hewlett-Packard. В 1964 году будущий компьютерный гигант создал компактный вариант цезиевого стандарта частоты — устройство HP 5060A.

Откалиброванные с использованием эталонов NBS, частотные стандарты HP 5060 умещались в типовую стойку радиооборудования и имели коммерческий успех. Именно благодаря цезиевому стандарту частоты, заданному в Hewlett-Packard, беспрецедентная точность атомных часов пошла в широкие массы.

Hewlett-Packard 5060A.

В результате стали возможны такие вещи, как спутниковое телевидение и связь, глобальные системы навигации и службы синхронизации времени информационных сетей. Применений доведённой до промышленного образца технологии атомного хронографа нашлось много. При этом в Hewlett-Packard не останавливались на достигнутом и постоянно улучшают качество цезиевых стандартов и их массо-габаритные показатели .

Семейство атомных часов компании Hewlett-Packard

В 2005 году подразделение Hewlett-Packard, отвечающее за разработку атомных часов, было продано компании Simmetricom .

Наряду с цезием, запасы которого в природе весьма ограничены, а спрос на него в самых разных технологических областях чрезвычайно велик, в качестве вещества-донора использовался рубидий, по свойствам очень близкий к цезию.

Казалось бы, существующая схема атомных часов доведена до совершенства. Между тем она имела досадный недостаток, устранение которого стало возможным во втором поколении цезиевых стандартов частоты, именуемых цезиевыми фонтанами.

Фонтаны времени и оптическая патока

Несмотря на высочайшую точность атомного хронометра NIST-7, использующего лазерное детектирование состояния атомов цезия, его схема принципиально не отличается от схем первых вариантов цезиевых стандартов частоты.

А конструктивным недостатком всех этих схем является то, что контролировать скорость распространения луча из атомов цезия, двигающихся в волноводе, принципиально невозможно. И это при том, что скорость движения атомов цезия при комнатной температуре — сто метров в секунду. Весьма быстро.

Именно поэтому все модификации цезиевых стандартов — это поиск баланса между размерами волновода, успевающего воздействовать на быстрые атомы цезия в двух точках, и точностью детектирования результатов этого воздействия. Чем меньше волновод, тем труднее успеть сделать последовательные электромагнитные импульсы, воздействующие на одни и те же атомы.

А что если найти способ снизить скорость движения атомов цезия? Именно этой мыслью озаботился студент Масачуссетского технологического института Джеролд Захариус , изучавший в конце сороковых годов прошлого столетия влияние силы тяжести на поведение атомов. Позднее, привлечённый к разработке варианта цезиевого стандарта частоты Atomichron , Захариус предложил идею цезиевого фонтана — способа, позволяющего снизить скорость движения атомов цезия до одного сантиметра в секунду и избавиться от двухколенного волновода традиционных атомных осцилляторов.

Идея Захариуса была проста. Что если запускать атомы цезия внутри осциллятора вертикально? Тогда одни и те же атомы будут дважды проходить через детектор: первый раз при путешествии вверх, а второй — вниз, куда они устремятся под действием силы тяжести. При этом движение атомов вниз будет существенно медленнее их взлёта, ведь за время путешествия в фонтане они подрастеряют энергию. К сожалению, в пятидесятые годы прошлого столетия реализовать свои идеи Захариус не смог. В его экспериментальных установках атомы, двигавшиеся вверх, взаимодействовали с падающими вниз, что сбивало точность детектирования.

К идее Захариуса вернулись только в восьмидесятые годы. Учёные Стенфордского университета под руководством Стивена Чу нашли способ реализации фонтана Захариуса с использованием метода, названного ими «оптическая патока».

В цезиевом фонтане Чу облако атомов цезия, выстреливаемых вверх, предварительно охлаждается системой из трёх пар противоположно направленных лазеров, имеющих резонансную частоту чуть ниже оптического резонанса атомов цезия.

Схема цезиевого фонтана с оптической патокой.

Охлаждённые лазерами атомы цезия начинают двигаться медленно, словно сквозь патоку. Их скорость падает до трёх метров в секунду. Уменьшение скорости атомов даёт исследователям возможность более точного детектирования состояния (согласитесь, значительно проще рассмотреть номера машины, двигающейся со скоростью один километр в час, чем машины, двигающейся со скоростью сто километров в час).

Шар из охлаждённых атомов цезия запускается вверх примерно на метр, по пути проходя волновод, через который на атомы воздействует электромагнитное поле резонансной частоты. И детектор системы фиксирует изменение состояния атомов в первый раз. Достигнув «потолка», охлаждённые атомы начинают падать благодаря силе тяжести и проходят волновод во второй раз. На обратном пути детектор снова фиксирует их состояние. Поскольку атомы двигаются чрезвычайно медленно, их полёт в виде достаточно плотного облака легко контролировать, а значит, в фонтане не будет одновременно летящих вверх и вниз атомов.

Установка Чу на основе цезиевого фонтана была принята NBS в качестве стандарта частоты в 1998 году и получила название NIST-F1. Её погрешность составляла 4*10 -16 , а значит, NIST-F1 была точнее предшественника NIST-7.

Фактически в NIST-F1 был достигнут предел точности измерений состояния атомов цезия. Но учёные на этой победе не остановились. Они решили устранить погрешность, которую вносит в работу атомных часов излучение абсолютно чёрного тела — результат взаимодействия атомов цезия с тепловым излучением корпуса установки, в которой они двигаются. В новом атомном хронографе NIST-F2 цезиевый фонтан размещался в криогенной камере, сводя излучение абсолютно чёрного тела практически к нулю. Погрешность NIST-F2 равна невероятной величине 3*10 -17 .

График уменьшения погрешности вариантов цезиевых стандартов частоты

В настоящее время атомные часты на основе цезиевых фонтанов дают человечеству точнейший эталон времени, относительно которого бьётся пульс нашей техногенной цивилизации. Благодаря инженерным ухищрениям импульсные водородные мазеры, которые охлаждают атомы цезия в стационарных вариантах NIST-F1 и NIST-F2, были заменены на обычный лазерный луч, работающий в паре с магнитооптической системой. Это позволило создать компактные и очень устойчивые ко внешним воздействиям варианты стандартов NIST-Fx, способные трудиться в космических аппаратах. Весьма образно названные «Aerospace Cold Atom Clock «, эти стандарты частоты установлены в спутниках таких навигационных систем, как GPS, что и обеспечивает их потрясающую синхронизацию для решения задачи очень точного вычисления координат приёмников GPS, используемых в наших гаджетах.

Компактный вариант атомных часов на основе цезиевого фонтана, называемый «Aerospace Cold Atom Clock», используется в спутниках системы GPS

Вычисление эталонного времени выполняется «ансамблем» из десяти NIST-F2, расположенных в различных исследовательских центрах, сотрудничающих с NBS. Точное значение атомной секунды получается коллегиально, и тем самым устраняются различные погрешности и влияние человеческого фактора.

Однако не исключено, что однажды цезиевый стандарт частоты будет восприниматься нашими потомками как весьма грубый механизм измерения времени, подобно тому, как ныне мы снисходительно смотрим на движения маятника в механических напольных часах наших предков.

Научный мир облетела сенсация – из нашей Вселенной… испаряется время! Пока это только гипотеза испанских астрофизиков. Но то, что течение времени на Земле и в космосе отличается, учеными уже доказано. Время под воздействием гравитации течет медленнее, ускоряясь при удалении от планеты. Задачу синхронизировать земное и космическое время выполняют водородные стандарты частоты, которые еще называют «атомными часами».

Первое атомное время появилось вместе с возникновением космонавтики, атомные часы появились в середине 20-х годов. Сейчас атомные часы стали обыденной вещью, ими ежедневно пользуется каждый из нас: с их помощью работает цифровая связь, ГЛОНАС, навигация, транспорт.

Владельцы мобильных телефонов едва ли задумываются о том, какая сложная работа в космосе проводится для жёсткой синхронизации по времени, а ведь речь идёт всего лишь о миллионных долях секунды.

Эталон точного времени хранится в Подмосковье, в Научном институте физико-технических и радио-технических измерений. Всего таких часов в мире – 450.

Монополистами на атомные часы являются Россия и США, но в США часы работают на основе цезия – радиоактивного металла, очень вредного для экологии, а в России – на основе водорода – более безопасного долговечного материала.

У этих часов нет циферблата и стрелок: они похожи на большую бочку из редких и ценных металлов, наполненную самыми передовыми технологиями – высокоточными измерительными приборами и аппаратурой с атомными стандартами. Процесс их создания очень долгий, сложный и проходит в условиях абсолютной стерильности.

Уже 4 года часы, установленные на российском спутнике, изучают тёмную энергию. По человеческим стандартам они теряют точность на 1 секунду за много миллионов лет.

Очень скоро атомные часы установят на Спектр-М – космическую обсерваторию, которая увидит как формируются звёзды и экзопланеты, заглянет за краешек чёрной дыры в центре нашей Галактики. По мнению учёных, из-за чудовищной гравитации время течёт здесь настолько медленно, что почти останавливается.

tvroscosmos

Часто мы слышим фразу, что атомные часы всегда показывают точное время. Но из их названия сложно понять, почему атомные часы самые точные или как они устроены.

То, что в названии есть слово «атомные» вовсе не означает, что часы представляют собой опасность для жизни, даже если в голову сразу же приходят мысли об атомной бомбе или атомной электростанции. В данном случае мы всего лишь говорим о принципе работы часов. Если в обычных механических часах колебательные движения совершают шестеренки и ведется подсчет их движений, то в атомных часах ведется подсчет колебаний электронов внутри атомов. Чтобы лучше понять принцип работы, вспомним физику элементарных частиц.

Все вещества в нашем мире состоят из атомов. Атомы же состоят из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны объединяются друг с другом в ядро, которое также называют нуклоном. Вокруг ядра движутся электроны, которые могут находиться на разных энергетических уровнях. Самое интересное, что при поглощении или отдаче энергии, электрон может переходить со своего энергетического уровня на более высокий или низкий. Электрон может получать энергию из электромагнитного излучения, при каждом переходе поглощая или испуская электромагнитное излучение определенной частоты.

Чаще всего встречаются часы, в которых для изменения используют атомы элемента Цезий -133. Если за 1 секунду маятник обычных часов
совершает 1 колебательное движение, то электроны в атомных часах
на основе Цезия-133 при переходе с одного энергетического уровня на другой испускают электромагнитное излучение с частотой 9192631770 Гц. Получается, именно на такое количество промежутков делится одна секунда, если её рассчитывать в атомных часах. Эта величина была официально принята международным сообществом в 1967 году. Представьте огромный циферблат, где находится не 60, а 9192631770 делений, которые составляют всего 1 секунду. Неудивительно, что атомные часы такие точные и обладают целым рядом преимуществ: атомы не подвержены старению, не изнашиваются, а частота колебания будет всегда одинаковой для одного химического элемента, благодаря чему можно синхронно сравнивать, например, показания атомных часов далеко в космосе и на Земле, не боясь погрешностей.

Благодаря атомным часам человечество на практике смогло проверить правильность теории относительности и удостовериться, что , чем на Земле. Атомные часы установлены на многих спутниках и космических аппаратах, они используются для телекоммуникационных нужд, для мобильной связи, по ним сравнивают точное время на всей планете. Без преувеличения, именно благодаря изобретению атомных часов человечество смогло войти в эпоху высоких технологий.

Как работают атомные часы?

Цезий-133 нагревают, выпаривая атомы цезия, которые проходит через магнитное поле, где отбираются атомы с нужным энергетическим состояниям.

Затем отобранные атомы проходят через магнитное поле с частотой, близкой к 9192631770 Гц, которое создает кварцевый генератор. Под воздействием поля атомы цезия снова меняют энергетические состояния, и попадают на детектор, который фиксирует, когда наибольшее количество попадающих атомов будет обладать «правильным» энергетическим состоянием. Максимальное количество атомов с измененным энергетическим состоянием говорит о том, что частота микроволнового поля подобрана верно, и затем её значение подается в электронное устройство – делитель частоты, который, уменьшая частоту в целое число раз, получает число 1, которое и является эталонной секундой.

Таким образом, атомы цезия используются для проверки правильности частоты магнитного поля, создаваемой кварцевым генератором, помогая поддерживать ее в постоянном значении.

Это интересно:


хотя существующие на сегодняшний момент атомные часы беспрецедентно точно и могут миллионы лет идти без погрешностей, физики не собираются останавливаться на достигнутом. Используя атомы различных химических элементов, они постоянно работают над повышением точности атомных часов. Из последних изобретений – атомные часы на стронции
, которые в три раза точнее их цезиевого аналога. Чтобы отстать всего на секунду им потребуется 15 млрд. лет – время, превышающее возраст нашей Вселенной…

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter
.

Атомные часы являются наиболее точными приборами для измерения времени, которые существуют сегодня, и приобретают все большее значение с развитием и усложнением современных технологий.

Принцип работы

Атомные часы точное время отсчитывают не благодаря радиоактивному распаду, как может показаться по их названию, а используя колебания ядер и окружающих их электронов. Их частоту определяет масса ядра, гравитация и электростатический «балансир» между положительно заряженным ядром и электронами. Это не совсем соответствует обычному часовому механизму. Атомные часы являются более надежными хранителями времени, потому что их колебания не изменяются в зависимости от таких факторов окружающей среды, как влажность, температура или давление.

Эволюция атомных часов

За многие годы ученые поняли, что атомы обладают резонансными частотами, связанными со способностью каждого поглощать и испускать электромагнитное излучение. В 1930-х и 1940-х годах было разработано оборудование для высокочастотной связи и РЛС, которое могло взаимодействовать с частотами резонанса атомов и молекул. Это способствовало возникновению идеи часов.

Первые экземпляры были построены в 1949 году Национальным институтом стандартов и технологий (NIST). В качестве источника вибрации в них использовался аммиак. Однако они оказались ненамного точнее существующего стандарта времени, и в следующем поколении был применен цезий.

Новый стандарт

Изменение точности измерения времени оказалось настолько большим, что в 1967 году Генеральная конференция по мерам и весам определила секунду SI как 9 192 631 770 колебаний атома цезия на его резонансной частоте. Это означало, что время больше не было связано с движением Земли. Наиболее стабильные атомные часы в мире были созданы в 1968 году и использовались в качестве части системы отсчета времени NIST вплоть до 1990-х годов.

Вагон усовершенствований

Одним из последних достижений в этой области является лазерное охлаждение. Это улучшило отношение сигнал — шум и сократило неопределенность в тактовом сигнале. Для размещения этой системы охлаждения и другого оборудования, используемого для улучшения цезиевых часов, потребуется место размером с железнодорожный вагон, хотя коммерческие варианты могут поместиться в чемодане. Одна из таких лабораторных установок отсчитывает время в г. Боулдере, штат Колорадо, и является самыми точными часами на Земле. Они ошибаются лишь на 2 наносекунды в день или на 1 с в 1,4 млн лет.

Сложная технология

Такая огромная точность является результатом сложного технологического процесса. Прежде всего жидкий цезий помещают в печь и нагревают до тех пор, пока он не превратится в газ. Атомы металла на высокой скорости выходят через небольшое отверстие в печи. Электромагниты заставляют их разделиться на отдельные пучки с разными энергиями. Необходимый луч проходит через U-образное отверстие, и атомы подвергаются облучению энергией микроволнового излучения частотой 9.192.631.770 Гц. Благодаря этому они возбуждаются и переходят в другое энергетическое состояние. Затем магнитное поле отфильтровывает другие энергетические состояния атомов.

Детектор реагирует на цезий и показывает максимум при правильном значении частоты. Это необходимо для настройки кварцевого генератора, управляющего механизмом тактирования. Деление его частоты на 9.192.631.770 и дает один импульс в секунду.

Не только цезий

Хотя наиболее распространенные атомные часы используют свойства цезия, есть и другие их типы. Они отличаются применяемым элементом и средствами определения изменения энергетического уровня. Другими материалами являются водород и рубидий. Атомные часы на водороде функционируют подобно цезиевым, но требуют емкости со стенками из особого материала, препятствующего слишком быстрой потере атомами энергии. Рубидиевые часы наиболее просты и компактны. В них стеклянная ячейка, заполненная газообразным рубидием, изменяет поглощение света при воздействии сверхвысокой частоты.

Кому необходимо точное время?

Сегодня время можно отсчитывать с особой точностью, но почему это важно? Это необходимо в таких системах, как мобильные телефоны, интернет, GPS, авиационные программы и цифровое телевидение. На первый взгляд это не очевидно.

Пример того, как используется точное время, — синхронизация пакетов. Через среднюю линию связи проходят тысячи телефонных звонков. Это возможно только потому, что разговор не передается полностью. Телекоммуникационная компания разделяет его на мелкие пакеты и даже пропускает часть информации. Затем они проходят через линию вместе с пакетами других разговоров и на другом конце восстанавливаются, не смешиваясь. Система тактирования телефонной станции может определять, какие пакеты принадлежат данному разговору, по точному времени отправки информации.

GPS

Другой реализацией точного времени является система глобального позиционирования. Она состоит из 24 спутников, которые передают свои координаты и время. Любой приемник GPS может соединиться с ними и сравнить время трансляции. Разница позволяет пользователю определить свое местоположение. Если бы эти часы были не очень точными, то система GPS была бы непрактичной и ненадежной.

Предел совершенства

С развитием технологий и атомных часов стали заметны неточности Вселенной. Земля движется неравномерно, что приводит к случайным колебаниям продолжительности лет и дней. В прошлом эти изменения остались бы незамеченными, поскольку инструменты для измерения времени были слишком неточны. Однако, к большому разочарованию исследователей и ученых, время атомных часов приходится корректировать для компенсации аномалий реального мира. Они являются удивительными инструментами, способствующими продвижению современных технологий, но их совершенство ограничено пределами, установленными самой природой.

Во-первых, часы использует человечество в качестве средств программно-временного управления.

Во-вторых, в наши дни измерение времени является и самым точным видом измерений из всех проводимых: точность измерения времени определяется сейчас невероятно погрешностью порядка 1·10-11 %, или 1 с за 300 тыс. лет.

А добились такой точности современные люди, когда стали использовать атомы
, которые в результате своих колебаний являются регулятором хода атомных часов. Атомы цезия находятся в двух, необходимых нам, энергетических состояниях (+) и (-). Электромагнитное излучение с частотой 9 192 631 770 герц образуется, когда атомы переходят из состояния (+) в (-), создавая точный постоянный периодический процесс — регулятор кода атомных часов.

Для того, чтобы атомные часы работали точно цезий необходимо испарить в печи, в результате этого процесса выбрасываются его атомы. Позади печи находится сортирующий магнит, который обладает пропускной способностью атомов в состоянии (+), а в нем за счет облучения в микроволновом поле атомы переходят в состояние (-). Второй магнит направляет атомы, изменившие состояние (+) на (-) в приемное устройство. Много атомов, изменивших свое состояние, получается лишь в том случае, если частота микроволнового излучателя в точности совпадет с частотой колебаний цезия 9 192 631 770 герц. Иначе, количество атомов (-) в приемном устройстве уменьшается.

Приборы постоянно отслеживают и регулируют постоянство частоты 9 192 631 770 герц. А значит, осуществилась мечта часовых конструкторов, найден абсолютно постоянный периодический процесс: частота 9 192 631 770 герц, регулирующая ход атомных часов.

Сегодня, в результате международного соглашения, секунда определяется как период излучения умноженный на 9 192 631 770, соответствующий переходу между двумя гипертонкими структурными уровнями основного состояния атома цезия (изотопа цезия-133).

Для измерения точного времени можно использовать также колебания других атомов и молекул, таких как, атомы кальция, рубидия, цезия, стронция, молекул водорода, йода, метана и т. д. Однако, стандартом частоты признано излучение атома цезия. Для того чтобы осуществить сравнение колебаний разных атомов со стандартом (цезия) создан титан-сапфировый лазер, генерирующий широкий диапазон частот в диапазоне от 400 до 1000 нм.

Первым создателем кварцевых и атомных часов был английский физик-экспериментатор Эссен Льюис (1908-1997)
. В 1955 г. он создал первый атомный стандарт частоты (времени) на пучке атомов цезия. Как результат этой работы через 3 года (1958) возникла служба времени, основанная на атомном стандарте частоты.

В СССР свои идеи по созданию атомных часов выдвигал академик Николай Геннадьевич Басов.

Итак, атомные часы,
один из точных типов часов — устройство для измерения времени, где в качестве маятника используются собственные колебания атомов или молекул. Стабильность атомных часов является наилучшей среди всех существующих типов часов, что является залогом высочайшей точности. Генератор атомных часов выдает в секунду более чем 32 768 импульса в отличие от обычных часов. Колебания атомов не зависят от температуры воздуха, вибраций, влажности и многих других внешних факторов.

В современном мире, когда без навигации просто не обойтись, атомные часы стали незаменимыми помощниками. Они способны определить местоположение космического корабля, спутника, баллистической ракеты, самолета, подводной лодки, автомобиля автоматически по спутниковой связи.

Таким образом, последние 50 лет атомные часы, а точнее цезиевые, считаются самыми точными. Они уже давно используются службами точного времени, а также временные сигналы транслируются некоторыми радиостанциями.

Устройство атомных часов включает в себя 3 части:

квантовый дискриминатор,

кварцевый осциллятор,

комплекс электроники.

Кварцевый осциллятор генерирует частоту (5 или 10 МГц). Осциллятор представляет собой RC-радиогенератор, у которого в качестве резонансного элемента используются пьезоэлектрические моды кварцевого кристалла, где и происходит сравнение атомов, изменивших состояние (+) на (-) Для повышения стабильности его частота постоянно сравнивается с колебаниями квантового дискриминатора (атомов или молекул). При появлении разницы в колебаниях, электроника подстраивает частоту кварцевого осциллятора до нулевого уровня, тем самым повышая стабильность и точность часов до нужного уровня.

В современном мире атомные часы могут быть изготовлены в любой стране мира для использования их в повседневной жизни. Они весьма невелики по своим размерам и красивы. Размер последней новинки атомных часов не более спичечного коробка и их низкое энергопотребление — менее 1 Ватт. И это не предел, возможно, в будущем технический прогресс достигнет мобильных телефонов. А пока компактные атомные часы устанавливают лишь настратегические ракеты для повышения точности навигации во много раз.

Сегодня мужские и женские атомные часы на любой вкус и кошелек можно купить в Интернет магазинах.

В 2011 году самые маленькие в мире атомные часы создали специалисты компании Symmetricom и Национальной лаборатории Сандия. Эти часы, в 100 раз более компактные, чем предыдущие коммерчески доступные версии. По величине атомный хронометр — не больше спичечного коробка. Для работы ему достаточно мощности 100 мВт — это в 100 раз меньше по сравнению с предшественниками.

Уменьшить размер часов удалось, установив вместо пружин и шестеренок механизм, действующий по принципу определения частоты электромагнитных волн, излучаемых атомами цезия под действием лазерного луча ничтожной мощности.

Такие часы применяются в навигации, а также в работе шахтеров, водолазов, там, где необходимо точно синхронизировать время с коллегами на поверхности, а также службами точного времени, ведь ошибка атомных часов составляет менее 0,000001 доли секунды в сутки. Стоимость рекордно малых атомных часов Symmetricom составила около 1500 долларов.

«Атомные» часы | Наука и жизнь

Единицы измерения

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

‹

›

Открыть в полном размере

Измерить какую-либо величину — это значит сравнить ее с другой, однородной ей величиной, принятой за единицу. Например, длину куска материи сравнивают с длиной метра. В древности в качестве единицы длины употреблялись: «локоть», «полег стрелы», «дневной переход», а позже — аршин, фут, в качестве единиц времени — промежуток от одной жатвы до другой, от одного периода дождей до другого. Некоторые народы отмеряли время по первому снегу, другие — по появлению над горизонтов определенных созвездий или звезд.

Неудобство применения этих единиц для измерений связано с их произвольностью и невозможностью точного воспроизведения. Такое положение для частной жизни было неудобным, а дли науки, техники и промышленности совершенно неприемлемым.

Желание создать для измерений воспроизводимые единицы привело ученых к мысли о возможности использовать для этого движение и вращение Земли. За единицу времени — секунду — была принята длительность 1/86400 части средних солнечных суток. За единицу длины — метр — длина одной сорокамиллионной части меридиана, проходящего через город Париж. За единицу веса — килограмм — вес одного кубического дециметра дистиллированной воды на уровне моря, в средней географической широте, при нормальной температуре. Эта единицы вначале казались вполне удовлетворительными и постепенно были введены почти во всех странах мира.

Однако новые измерения длины меридиана давали более точные данные, которые обусловливали некоторые поправки в длине образцового метра. Тогда были решено сделать образцовый метр-эталон и килограмм-эталон и в дальнейшем уже не менять их величины.

Значительно труднее обстоит дело с единицами времени. Эталоном, с которым согласовываются приборы для измерения времени, является скорость вращения гигантских часов, устроенных самой природой и состоящих из Солнца и Земли. Длительность полного оборота Земли вокруг Солнца называют годом, длительность полного оборота Земли вокруг собственной оси — сутками. Для установления времени в промежутках между его астрономическими определениями применяют часы. В древности для этой цели служили песочные, водяные, огненные часы, в XIV—XV веках — колесные, с XIV века — маятниковые, а в XIX—XX веках — маятниковые и кварцевые астрономические часы высокой точности

Современные астрономические часы

Самой существенной частью часов является маятник, который своими колебаниями отмеряет время. Поэтому в астрономических часах стараются создать возможно лучшие условия для работы маятника: уменьшить его механическую нагрузку, сделать постоянной температуру помещения, устранить толчки, ослабить сопротивление воздуха и т. д. Для этого наиболее точные астрономические часы помещают в глубокий подвал, где круглый год поддерживается определенная температура. Маятник часов при этом заключают в кожух, из которого выкачан воздух. Все это очень важно, так как изменение атмосферного давления только на один миллиметр ртутного столба меняет суточный ход часов с незащищенным маятником на 0,015 секунды.

Весьма высокой точностью обладают астрономические часы с двумя маятниками, где один из маятников, связанный с различными передаточными и указывающими механизмами, управляется другим — свободным. Связь свободного маятника непосредственно с часами осуществляется при помощи электромагнитов. Погрешность хода этих часов составляет 0,002—0,003 секунды в сутки. Такие часы с двумя маятниками построены в СССР в лаборатории Всесоюзного научно-исследовательского института метрологии имени Д. И. Менделеева известным советским механиком И. И. Кваренбергом.

Еще более полно идея свободного маятника осуществлена в астрономических часах с фотоэлектрическим контактом. В них маятник не движет никаких колес, а лишь разрывает при своих качаниях путь светового луча.

В последние годы появились кварцевые астрономические часы. Пластинка из кристалла кварца, соответствующим образом вырезанная и укрепленная, при включении в цепь радиотехнического генератора совершает механические колебания с большим постоянством частоты и очень малым затуханием. Поэтому она может быть использована в часах вместо маятника — нужно только суметь заставить эту систему управлять движением стрелок или иных указателей. Это достигается с помощью специальных устройств, которые доводят частоту колебаний переменного тока до 300— 1000 периодов в секунду и приводят в действие синхронный электромотор, передвигающий стрелки часов.

Погрешность хода кварцевый часов — около 0,0002—0,0003 секунды в сутки, то есть еще меньше, чем у лучших маятниковых астрономических часов.

Эталон времени

Измерения времени имеют большое практическое значение. Являясь основой точных измерений географической долготы местности, они необходимы при составлении карт обширной территории Советского Союза, для создания опорных геодезических пунктов, в решении целого ряда научных и технических задач. Поэтому повышение точности при измерении временя является очень важным. Между тем даже самые лучшие астрономические часы имеют слишком большую для некоторых работ погрешность, причем ошибка в их показаниях с течением времени накапливается. Поэтому такие часы регулярно проверяются с помощью астрономических наблюдений.

Но есть ли уверенность в том, что наш первичный эталон времени — вращение Земли — вполне равномерен? Астрономами наблюдаются периодические колебания движения Луны и внутренних планет. Совпадение этих колебаний между собой указывает на то, что в них повинны не Луна и планеты, а Земля. Таким образом, положение о неизменности угловой скорости вращения Земли ныне фактически опровергнуто. Итак, поскольку вращение Земли является не абсолютно точным эталоном времени, необходимо отыскать другой, лучший и в тому же легко воспроизводимый.

Атомные эталоны

Уже давно стало ясно, сколь многообещающим в отношении точности и воспроизводимости может быть применение в измерительной технике атомных процессов.

Использование атомных колебаний для создания нового эталона времени оказалось крайне затруднительным вследствие того, что их частота очень велика и поэтому трудно связывается с какой-либо механической или электрической системой, указывающей время. Колебания атомов в молекуле происходят с относительно меньшей частотой. Поэтому для указания времени более удобным оказывается использование не атомных систем (электроны и ядро), а молекулярных (несколько связанных между собой атомов). В соответствии с этим такие часы правильнее было бы называть молекулярными.

Советской школе физиков принадлежат выдающиеся работы в области изучения атомных и молекулярных колебаний. Труды академика С. И. Вавилова в области структуры света, академиков Л. И. Мандельштама и Г. С. Ландсберга по комбинационному рассеянию и работы ряда других ученых позволили объяснить эти явления и использовать их для создания различных технических приборов. «Атомные» часы, в которых молекулярные колебания служат для весьма точного измерения частоты и времени, в свою очередь помогают решать вопросы строения атома.

Принцип действия «атомных» часов

»Атомные» часы состоят из стабилизированного кварцем радиотехнического генератора, умножителей частоты, волновода — медной трубки длиной 10 метров, наполненной аммиачным газом, дискриминатора, вырабатывающего «сигнал погрешности», делителей частоты и электрических часов с циферблатом и стрелками, приводимыми в движение синхронным мотором.

Частота колебаний маятника обычно невелика (1—2 в секунду) и поэтому не представляет трудностей для создания таких механических или электрических устройств, которые могли бы работать в такт с ним. Одно из этих вспомогательных устройств периодически подталкивает маятник так, чтобы его колебания не затухли, другое, управляемое им, движет указатели времени.

Роль маятника, то есть устройства, отмеряющего время, в «атомных» часах играют молекулы аммиака. Колебания молекул аммиака в этих часах возбуждаются и поддерживаются с помощью радиотехнического генератора. Для получения возможно более высокого постоянства частоты колебаний применяется стабилизация с помощью пьезокварца. Так как кварцевая пластинка не может колебаться со столь высокой частотой, как молекулы аммиака, то генератор работает на частоте в несколько сот тысяч периодов в секунду, подходящей для пьезокварца. Затем, с помощью частотноумножительных цепей, полученные токи преобразуются в ультравысокочастотные (микроволновые). Далее эти колебания направляются в волновод, наполненный аммиачным газом, распространяясь в котором они возбуждают колебания молекул аммиака.

Кварцевый стабилизатор стечением времени немного «стареет», При этом свойства его электрических контактов несколько меняются. Молекулы аммиака своих свойств не меняют, и поэтому их колебания являются надежным средством контроля постоянства всей системы.

Устройство прибора таково, что если частота электромагнитных волн, вырабатываемых радиотехническим генератором, хотя бы немного отличается от собственной частоты колебаний молекул аммиака, то в специальной части прибора — дискриминатора — появляется «сигнал погрешности». Блок, вырабатывающий сигнал, связан с генератором так, что он повышает или понижает частоту тока, приводя ее в точное соответствие с собственной частотой колебания молекул аммиака. Таким образом, радиотехнический генератор, имеющий склонность с течением времени к «отступлению», то есть изменению частоты, «привязывается» к частоте колебаний молекул аммиака.

Приведение в движение указателей времени в «атомных» часах осуществляется с помощью ряда каскадов понижения частоты, снижающих ее вплоть до 300— 1000 колебаний в секунду. Ток низкой частоты замыкает контакты сигнальных реле и с помощью синхронного электромотора вращает стрелки часов.

При утрате данного образца «атомных» часов в любое время могут быть изготовлены другие, по своим показаниям вполне сходные с ними.

Первые «атомные» часы, созданные в нашей стране, покачали хорошие качества и в настоящее время еще более усовершенствованы. Теоретически установлено, что в «атомных» часах достижима точность до миллионных долей секунды в сутки. Поэтому такие часы удобно использовать для хранения точного времени в промежутках между астрономическими определениями. Однако этим не ограничиваются возможности использования нового прибора.

Важно отметить, что «атомные» часы представляют собой новый эталон частоты и времени, независимый от астрономических наблюдений. В нем движения совершаются значительно более регулярно, чем в астрономических часах и системе Земля — Солнце.

Благодаря этому «атомные» часы позволяют проверять вращение Земли вокруг оси и обнаруживать неравномерность этого вращения, исследование которого представляет большой научный интерес.

Успехи советских ученых и конструкторов, работающих в области измерения времени, являются результатом упорной и плодотворной работы ряда коллективов научно-исследовательских институтов и обсерваторий, вооруженных передовой отечественной техникой. В настоящее время служба времени Советского Союза по своей точности является одной из ведущих в мире.

Атомные часы Определение и значение

• Основные определения
• Викторина
• Примеры
• Британский
• Научный
• Культурный

Показывает уровень сложности класса.

Сохрани это слово!

Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.

сущ.

чрезвычайно точные электронные часы, регулируемые по резонансной частоте атомов или молекул некоторых веществ, таких как цезий.

ВИКТОРИНА

Сыграем ли мы в «ДОЛЖЕН» ПРОТИВ. «ДОЛЖЕН» ВЫЗОВ?

Должны ли вы пройти этот тест на «должен» или «должен»? Это должно оказаться быстрым вызовом!

Вопрос 1 из 6

Какая форма используется для указания обязательства или обязанности кого-либо?

Происхождение атомных часов

Впервые записано в 1935–1940 гг. Энергетическая комиссия, атомно-силовой микроскоп

Dictionary.com Полный текст
Основано на словаре Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc. 2022

Как использовать атомные часы в предложении

• Атомные часы, которые могут преобразовать путешествия в дальний космос, успешно завершили свой первый испытательный запуск в космосе.

  Атомные часы, которые могут совершить революцию в космических путешествиях, только что прошли первое испытание|Мария Темминг|30 июня 2021|Новости науки

• Сверхточные атомные часы размером с холодильник на земле измеряют время полета туда и обратно, которое может занять несколько часов — для точного определения местоположения космического корабля.

  Атомные часы, которые могут революционизировать космические путешествия, только что прошли первое испытание|Мария Темминг|30 июня 2021|Новости науки

• Это сопоставимо с наземными атомными часами, которые в настоящее время используются для навигации в дальнем космосе, говорит главный исследователь DSAC. Тодд Эли, также из Лаборатории реактивного движения НАСА.

  Атомные часы, которые могут совершить революцию в космических путешествиях, только что прошли первое испытание|Мария Темминг|30 июня 2021|Новости науки

• Они также могут позволить создавать мгновенные связи между большими сетями квантовых датчиков или атомных часов, для измерения таких явлений, как гравитационные волны, с беспрецедентным разрешением или обеспечения сверхточного хронометража.

  Ученые в Испании стали на шаг ближе к созданию практического квантового ретранслятора|Эдд Гент|14 июня 2021 г.|Singularity Hub атомные часы.

  Ядерные часы могут превзойти атомные часы как самые точные часы|Эмили Коновер|4 июня 2021|Новости науки

• France 24 обеспечивает прямую круглосуточную трансляцию обеих сцен по мере их развития.

  Прямая трансляция терактов в Париже||9 января 2015|DAILY BEAST

• Следуя этой цепочке рассуждений до ее логического завершения, можно сказать, что для достижения мира во всем мире нужно дать всем атомные бомбы.

  Санта терпит неудачу еще раз|P. Дж. О’Рурк|27 декабря 2014 г.|DAILY BEAST

• Винный погреб — один из лучших в мире — пережил Вторую мировую войну и круглосуточно охраняется.

  Внутри 10 самых старых ресторанов мира|Джастин Джонс|20 декабря 2014 г.|DAILY BEAST

• Говорят, что им нравится плотный график, и они получают удовольствие от круглосуточной работы.

  Как братья по собственности стали любимыми телезвездами вашей мамы|Кевин Фэллон|25 ноября 2014 г.|DAILY BEAST

• Стенограммы слушаний, проведенных Комиссией по атомной энергии в 1954 году, недавно были рассекречены и изучены учеными.

  Я видел ядерный Армагеддон, сидя на своем столе|Клайв Ирвинг|10 ноября 2014 г.|DAILY BEAST

• Ночь тянулась, и часы внизу пробили два часа, когда она внезапно проснулась.

  Поселенец|Оскар Мишо

• Часы пробили десять, и клерки хлынули быстрее, чем когда-либо, каждый в большем поту, чем его предшественник.

  Посмертные записки Пиквикского клуба, т. 2(из 2)|Чарльз Диккенс

• Когда они приблизились, это оказались часы с поднятым парусом и Гоблин, самодовольно сидящий на корме.

  Дэви и Гоблин|Чарльз Э. Кэррил

• В апреле 1852 года над местом, где стоял фонтан, были установлены часы, которые стоили 60 фунтов стерлингов.

  Бирмингемский словарь Шоуэлла | Томас Т. Харман и Уолтер Шоуэлл

• Башня имеет четыре циферблата, вершины по углам и крутую шиферную крышу, а ее высота составляет 120 футов.

  Бирмингемский словарь Шоуэлла | Томас Т. Харман и Уолтер Шоуэлл

Определения атомных часов в Британском словаре

атомные часы

существительное

чрезвычайно точные часы, в которых электрический осциллятор управляется естественными колебаниями атомной или молекулярной системы, такой как цезий или аммиак

Английский словарь Коллинза.
© William Collins Sons & Co. Ltd., 1979, 1986 © HarperCollins
Publishers 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

Научные определения атомных часов

атомные часы

Чрезвычайно точные часы, скорость которых регулируется периодическим процессом (таким как вибрация, поглощение или испускание электромагнитного излучения), происходящим с постоянной скоростью в атомах или молекулах. Стандартные атомные часы основаны на колебаниях атомов цезия и настолько точны, что отстают или отстают менее чем на одну секунду за три миллиона лет. Атомные часы используются для отслеживания спутников, запуска навигационных систем и изучения движений земной коры.

Научный словарь American Heritage®
Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Культурные определения атомных часов

атомные часы

Самые точные доступные часы. Время измеряется движением электронов в атомах цезия. Стандартная секунда теперь определяется измерениями на атомных часах.

Новый словарь культурной грамотности, третье издание
Авторское право © 2005 г., издательство Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

Атомные часы позволяют проводить геодезию ниже сантиметрового уровня

• Письмо
• Опубликовано: 28 ноября 2018 г.

• W. F. McGrew ^1,2 ,
• X. Zhang ^1,3 ,
• R. J. Fasano ^1,2 ,
• S. A. Schäffer ^1,4 ,
• K. Beloy ¹ ,
• Д. Николоди ^1,2 ,
• R. C. Brown ^{1 NAFF8} ,
• N. Hinkley ^{1,2 NAFF9} ,
• G. Milani ^1,5,6 ,
• G. Milani ^1,5,6 ,
• г. 1 ^nAff10 ,
• Т. Х. Юн ^1,7 и
• …
• А. Д. Ладлоу ^1,2  

Природа
том 564 , страницы 87–90 (2018 г. )Процитировать эту статью

• 13 тыс. обращений

• 279 цитат

• 674 Альтметрический

• Сведения о показателях

Предметы

• Атомная оптика
• Процессы столкновения атомов и молекул
• Взаимодействие атомов и молекул с фотонами
• Электронное строение атомов и молекул
• Ультрахолодные газы

Abstract

Течение времени отслеживается путем подсчета колебаний опорной частоты, таких как обороты Земли или колебания маятника. Ссылаясь на атомные переходы, частота (и, следовательно, время) может быть измерена более точно, чем любая другая физическая величина, при этом нынешнее поколение оптических атомных часов сообщает о дробной производительности ниже 10 ⁻¹⁷ уровень ^1,2,3,4,5 . Однако теория относительности предписывает, что течение времени не является абсолютным, а зависит от системы отсчета наблюдателя. Следовательно, измерения часов проявляют чувствительность к относительной скорости, ускорению и гравитационному потенциалу. Здесь мы демонстрируем локальные измерения оптических часов, которые превосходят нынешние возможности учета гравитационного искажения пространства-времени на поверхности Земли. В двух независимых часах с иттербиевой оптической решеткой мы демонстрируем беспрецедентные значения трех основных эталонов производительности часов. В единицах тактовой частоты мы сообщаем о систематической погрешности 1,4 × 10 ⁻¹⁸ , нестабильность измерения 3,2 × 10 ⁻¹⁹ и воспроизводимость, характеризуемая десятью слепыми сравнениями частот, что дает разность частот [−7 ± (5) _stat  ± (8) _sys ] 1804 1 1 −19 , где «stat» и «sys» обозначают статистическую и систематическую неопределенность соответственно. Хотя чувствительность к различиям в гравитационном потенциале может ухудшить работу часов как земных эталонов времени, такая же чувствительность может использоваться в качестве очень чувствительного зонда геопотенциала ^5,6,7,8,9 . Вблизи поверхности Земли сравнение часов на уровне 1 × 10 ⁻¹⁸ обеспечивает разрешение в один сантиметр вдоль направления гравитации, поэтому производительность этих часов должна обеспечивать геодезию за пределами современного уровня. Эти оптические часы могут быть использованы для исследования геофизических явлений ¹⁰ , обнаружения гравитационных волн ¹¹ , проверки общей теории относительности ¹² и поиска темной материи ^{13,14,15,16,17} .

Это предварительный просмотр содержимого подписки, доступ через ваше учреждение

Соответствующие статьи

Статьи открытого доступа со ссылками на эту статью.

• Масштабируемая лазерная система на длине волны 461 нм для лазерного охлаждения и захвата атомов Sr.

  • Гунджан Верма
  • , Энлонг Ван
  •  … Леонардо Сальви

  Прикладная физика B
  Открытый доступ
  16 мая 2022 г.

• Сравнение сверхстабильных лазеров с нестабильностью относительной частоты 7 × 10−17 через волоконно-оптическую сеть протяженностью 2220 км

  • М. Шиоппо
  • , Дж. Кроньегер
  •  … Г. Гроше

  Связь с природой
  Открытый доступ
  11 января 2022 г.

Варианты доступа

Подписаться на журнал

Получить полный доступ к журналу на 1 год

199,00 €

всего 3,90 € за выпуск

Подписаться

Расчет налогов будет завершен во время оформления заказа.

Купить статью

Получите ограниченный по времени или полный доступ к статье на ReadCube.

32,00 $

Купить

Все цены указаны без учета стоимости.

Рис. 1: Упрощенная схема эксперимента. Рис. 2: Источники систематической неопределенности. Рис. 3: Нестабильность измерения. Рис. 4: Характеристика воспроизводимости.

Доступность данных

Данные, подтверждающие результаты этого исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.

Ссылки

1. Чоу, К.В., Хьюм, Д.Б., Коэлемей, Дж.С.Дж., Вайнленд, Д.Дж. и Розенбанд, Т. Сравнение частот двух высокоточных оптических часов Al ⁺ . Физ. Преподобный Письмо . 104 , 070802 (2010).

   КАС
   ОБЪЯВЛЕНИЯ
   Статья

   Google ученый

2. «>

   Николсон, Т. Л. и др. Систематическая оценка атомных часов при полной неопределенности 2×10 ⁻¹⁸ . Нац. Коммуна . 6 , 6896 (2015).

   КАС
   ОБЪЯВЛЕНИЯ
   Статья

   Google ученый

3. Huntemann, N., Sanner, C., Lipphardt, B., Tamm, C. & Peik, E. Одноионные атомные часы с 3×10 ⁻¹⁸ систематическая погрешность. Физ. Преподобный Письмо . 116 , 063001 (2016).

   КАС
   ОБЪЯВЛЕНИЯ
   Статья

   Google ученый

4. Шиоппо, М. и др. Сверхстабильные оптические часы с двумя ансамблями холодных атомов. Нац. Фотон . 11 , 48–52 (2017).

   КАС
   ОБЪЯВЛЕНИЯ
   Статья

   Google ученый

5. Такано, Т. и др. Измерения геопотенциала с синхронно связанными часами на оптической решетке. Нац. Фотон . 10 , 662–666 (2016).

   КАС
   ОБЪЯВЛЕНИЯ
   Статья

   Google ученый

6. Чоу, К.В., Хьюм, Д.Б., Розенбанд, Т. и Вайнленд, Д.Дж. Оптические часы и теория относительности. Наука 329 , 1630–1633 (2010).

   КАС
   ОБЪЯВЛЕНИЯ
   Статья

   Google ученый

7. Делва, П. и Лодевик, Дж. Атомные часы: новые перспективы в метрологии и геодезии. Acta Futura 7 , 67–78 (2013).

   Google ученый

8. Лайон Г. и др. Определение модели геопотенциала с высоким пространственным разрешением с использованием сравнения атомных часов. Дж. Геод . 91 , 597–611 (2017).

   ОБЪЯВЛЕНИЯ
   Статья

   Google ученый

9. Гротти, Дж. и др. Геодезия и метрология с переносными оптическими часами. Нац. Физ . 14 , 437–441 (2018).

   КАС
   Статья

   Google ученый

10. Bondarescu, R. et al. Наземные оптические атомные часы как средство наблюдения за вертикальным движением поверхности. Геофиз. Дж. Междунар. . 202 , 1770–1774 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

11. Колковиц, С. и др. Обнаружение гравитационных волн с помощью атомных часов на оптической решетке. Физ. Ред. D 94 , 124043 (2016).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

12. Делва, П. и др. Проверка специальной теории относительности с использованием оптоволоконной сети оптических часов. Физ. Преподобный Письмо . 118 , 221102 (2017).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

13. «>

    Деревянко А., Поспелов М. Поиск топологической темной материи с помощью атомных часов. Нац. Физ . 10 , 933–936 (2014).

    КАС
    Статья

    Google ученый

14. Арванитаки А., Хуанг Дж. и Ван Тилбург К. Поиск дилатонной темной материи с помощью атомных часов. Физ. Ред. D 91 , 015015 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

15. Wcisło, P. et al. Экспериментальное ограничение обнаружения темной материи с помощью оптических атомных часов. Нац. Астрон . 1 , 0009 (2016).

    Артикул

    Google ученый

16. Хис, А., Гена, Дж., Абграл, М., Бизе, С. и Вольф, П. Поиск осциллирующего массивного скалярного поля в качестве кандидата на темную материю с использованием атомных сверхтонких сравнений частот. Физ. Преподобный Письмо . 117 , 061301 (2016).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

17. Roberts, B.M. et al. Поиск темной материи доменной стены с помощью атомных часов на борту спутников глобальной системы позиционирования. Нац. Коммуна . 8 , 1195 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

18. Соффель, М. и др. Резолюции МАС 2000 г. по астрометрии, небесной механике и метрологии в рамках релятивизма: пояснительное дополнение. Астрон. Дж . 126 , 2687–2706 (2003).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

19. Ваничек П., Касл Р. О. и Балаш Э. И. Геодезическое нивелирование и его применение. Рев. Геофиз . 18 , 505–524 (1980).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

20. «>

    Ван, Ю. М., Салех, Дж., Ли, X. и Роман, Д. Р. Гравиметрический геоид США 2009 г. (USGG2009): разработка и оценка модели. Дж. Геод . 86 , 165–180 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

21. Denker, H. et al. Геодезические методы определения релятивистского красного смещения на уровне 10 ⁻¹⁸ в контексте международных шкал времени: обзор и практические результаты. Дж. Геод . 92 , 487–516 (2018).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

22. Белой К. и др. Атомные часы с черным телом 1 × 10 ⁻¹⁸ при комнатной температуре Старковая неопределенность. Физ. Преподобный Письмо . 113 , 260801 (2014).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

23. Белой К. и др. Часы на оптической решетке без штарковского сдвига постоянного тока с фарадеевским экраном. Физ. Преподобный Письмо . 120 , 183201 (2018).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

24. Brown, R.C. et al. Гиперполяризуемость и рабочая магическая длина волны в часах на оптической решетке. Физ. Преподобный Письмо . 119 , 253001 (2017).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

25. Усидзима И., Такамото М., Дас М., Окубо Т. и Катори Х. Криогенные часы на оптической решетке. Нац. Фотон . 9 , 185–189 (2015).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

26. Акацука Т., Такамото М. и Катори К. Часы на оптической решетке с невзаимодействующими бозонами и фермионами. Нац. Физ . 4 , 954–959 (2008).

    КАС
    Статья

    Google ученый

27. Campbell, S.L. et al. Ферми-вырожденные трехмерные часы на оптической решетке. Наука 358 , 90–94 (2017).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

28. Гиббл, К. Рассеяние когерентности холодных атомов горячими атомами: частотные сдвиги из-за столкновений с фоновым газом. Физ. Преподобный Письмо . 110 , 180802 (2013).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

29. Лемке Н.Д. и др. Часы на оптической решетке со спином 1/2. Физ. Преподобный Письмо . 103 , 063001 (2009 г.).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

30. Zhang, X. et al. Спектроскопическое наблюдение SU(N)-симметричных взаимодействий в орбитальном магнетизме Sr. Наука 345 , 1467–1473 (2014).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

31. Павлис, Н. К. и Вайс, М. А. Переоценка релятивистского красного смещения на стандартах частоты в NIST, Боулдер, Колорадо, США. Метрология 54 , 535–548 (2017).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    Статья

    Google ученый

32. Брюинсма, С. Л. и др. Спутниковая модель гравитационного поля ЕКА с использованием прямого подхода на основе всех данных GOCE. Геофиз. Рез. Письмо . 41 , 7508–7514 (2014).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

33. Смит, Д. Проект GRAV-D: Гравитация для переопределения американской вертикальной системы отсчета https://www.ngs.noaa.gov/GRAV-D/pubs/GRAV-D_v2007_12_19.pdf (НОАА, 2007 г.).

34. «>

    Кертис, Э. А., Оутс, К. В. и Холлберг, Л. Лазерное охлаждение второй и третьей ступени с узкими линиями ⁴⁰ Ca. J. Опт. соц. Являюсь. B 20 , 977–984 (2003).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

35. Nemitz, N. et al. Отношение частот часов Yb и Sr с 5×10 ⁻¹⁷ неопределенность при времени усреднения 150 секунд. Нац. Фотон . 10 , 258–261 (2016).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

36. Лемке Н.Д. и др. p -волновые холодные столкновения в часах на оптической решетке. Физ. Преподобный Письмо . 107 , 103902 (2011).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

37. Жюльен, П. С. и Мис, Ф. Х. Столкновения ультрахолодных захваченных атомов. J. Опт. соц. Являюсь. B 6 , 2257–2269 (1989).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

38. Дзюба В. А., Деревянко А. Динамические поляризуемости и связанные с ними свойства часовых состояний атома иттербия. J. Phys. В 43 , 074011 (2010).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

39. Swallows, M.D. et al. Подавление столкновительных сдвигов в сильно взаимодействующих часах на решетке. Наука 331 , 1043–1046 (2011).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

40. Катори Х., Такамото М., Пальчиков В. Г., Овсянников В. Д. Ультрастабильные оптические часы с нейтральными атомами в сконструированной ловушке сдвига света. Физ. Преподобный Письмо . 91 , 173005 (2003 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ
    Статья

    Google ученый

41. «>

    Ма, Л., Юнгнер, П., Йе, Дж. и Холл, Дж. Л. Обеспечение одной и той же оптической частоты в двух местах: точное подавление фазового шума, вносимого оптическим волокном или другим изменяющимся во времени путем. Опц. Письмо . 19 , 1777–1779 (1994).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

42. Фальке, С., Мизера, М., Стерр, У. и Лисдат, К. Доставка импульсного и фазово-стабильного света к атомам оптических часов. заявл. физ. B 107 , 301–311 (2012).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

43. Порсев С.Г., Деревянко А. Мультиполярная теория радиационного сдвига атомных энергетических уровней абсолютно черного тела и ее значение для часов на оптической решетке. Физ. Ред. A 74 , 020502 (2006 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

44. «>

    Катори Х., Овсянников В. Д., Мармо С. И., Пальчиков В. Г. Стратегии уменьшения смещения света в атомных часах. Физ. Ред. A 91 , 052503 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

45. Boyd, M. et al. Ядерные спиновые эффекты в часах на оптической решетке. Физ. Ред. A 76 , 022510 (2007 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

46. Лодевик Дж., Завада М., Лорини Л., Гуров М. и Лемонд П. Наблюдение и компенсация возмущающего постоянного штарковского сдвига в часах на оптической решетке стронция. IEEE Trans. Ультрасон. Ферроэлектр. Частота Контроль 59 , 411–415 (2012).

    Артикул

    Google ученый

47. Lemonde, P. & Wolf, P. Часы на оптической решетке с атомами, заключенными в мелкую ловушку. Физ. Версия А 72 , 033409 (2005).

    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

48. Ли, В. Д., Ширли, Дж. Х., Уоллс, Ф. Л. и Друллингер, Р. Э. Систематические ошибки в стандартах частоты цезиевого пучка, вносимые цифровым управлением микроволновым возбуждением. Проц. Международный IEEE. Частота Симптом управления Выставка . 113–117 (1995).

49. Хофманн-Велленхоф, Б. и Мориц, Х. Физическая геодезия (Springer, Вена, 2005).

    Google ученый

50. Бизе, С. и др. Опрос генератора шумоподавления при сравнении атомных фонтанов. IEEE Trans. Ультрасон. Ферроэлектр. Частота Контроль 47 , 1253–1255 (2000).

    КАС
    Статья

    Google ученый

51. Такамото М., Такано Т. и Катори Х. Сравнение частот оптических решетчатых часов за пределами Дика. Нац. Фотон . 5 , 288–292 (2011).

    КАС
    ОБЪЯВЛЕНИЯ
    Статья

    Google ученый

Загрузить ссылки

Благодарности

Благодарим за финансовую поддержку Национальный институт стандартов и технологий, программу фундаментальной физики НАСА, программу квантовых датчиков и считывания (QuASAR) Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны (DARPA) и PECASE. . РКБ признает поддержку со стороны программы исследовательского партнерства Национального исследовательского совета. ADL выражает признательность Международному институту космических наук за вклад в семинар по метрологии пространства-времени, часам и релятивистской геодезии. Мы также благодарим Т. Фортье и Х. Леопарди за измерения фемтосекундной оптической частоты, а также Дж. Китчинга и Д. Хьюма за внимательное прочтение этой рукописи.

Информация для рецензентов

Nature благодарит К. Бонгса, П. Дельву и Т. Идо за их вклад в рецензирование этой работы.

Информация об авторе

Примечания автора

1. R. C. Brown

   Текущий адрес: Технологический научно-исследовательский институт Джорджии, Атланта, Джорджия, США

2. M. Schioppo

   Текущий адрес: Национальная физическая лаборатория (NPL), Теддингтон, Великобритания

Авторы и организации

1. Национальный институт стандартов и технологий, Боулдер, Колорадо, США

   W. F. McGrew, X. Zhang, R. J. Fasano, S. N. Schäffer, K. Beloy, R. Clodi, Brown D. Nicolodi, Хинкли, Г. Милани, М. Шиоппо, Т. Х. Юн и А. Д. Ладлоу

2. Физический факультет, Колорадский университет, Боулдер, Колорадо, США

   В. Ф. МакГрю, Р. Дж. Фазано, Д. Николоди, Н. Хинкли и А. Д. Ладлоу

3. Государственная ключевая лаборатория передовых систем и сетей оптической связи, Институт квантовой электроники, Школа инженерной электроники и компьютерных наук, Пекинский университет, Пекин, Китай

   X. Zhang

4. Институт Нильса Бора, Копенгагенский университет, Копенгаген , Дания

   S.A. Schäffer

5. Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, Турин, Италия

   G. Milani

6. Туринский политехнический университет, Турин, Италия

   G. Milani

7. Департамент физики, Корейский университет, Сеул, Южная Корея

   T. H. Yoon

Авторы

1. W. F. McGrew

   View Pulation
   PubMed Google Scholar

2. X. Zhang

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

3. R. J. Fasano

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

4. S. A. Schäffer

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

5. К. Белой

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

6. Д. Николоди

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

7. R. C. Brown

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

8. N. Hinkley

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

9. G. Milani

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в
   PubMed Google Scholar

10. M. Schioppo

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в
    PubMed Google Scholar

11. T. H. Yoon

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в
    PubMed Google Scholar

12. A. D. Ludlow

    Просмотр публикаций автора

    Вы также можете искать этого автора в
    PubMed Google Академия

Вклады

WFM, XZ, RJF, SAS, DN и ADL провели измерения нестабильности и воспроизводимости. W.F.M., X.Z., S.A.S., K.B., D.N., R.C.B., N.H., G.M., M.S., T.H.Y. и ADL внесли свой вклад в оценку бюджета неопределенности. АДЛ руководил этой работой. Все авторы внесли свой вклад в окончательный вариант рукописи. Материалы, внесенные в эту статью сотрудниками NIST, агентства правительства США, не защищены авторским правом США.

Автор, ответственный за переписку

Связь с
А. Д. Ладлоу.

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Дополнительная информация

Примечание издателя: Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Права и разрешения

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Дополнительная литература

• Разрешение гравитационного красного смещения в атомном образце миллиметрового масштаба

  • Тобиас Ботвелл
  • Колин Дж. Кеннеди
  • Июнь Йе

  Природа (2022)

• Сравнение дифференциальных часов с мультиплексированными часами на оптической решетке

  • Синь Чжэн
  • Джонатан Дольде
  • Шимон Колковиц

  Природа (2022)

• Элементарная квантовая сеть запутанных оптических атомных часов

  • Б. К. Никол
  • Р. Шринивас
  • Д. М. Лукас

  Природа (2022)

• Атомные облака стабилизировались для измерения замедления времени

  • Ксения Хабарова

  Природа (2022)

• Долгоживущие состояния Белла в массиве кубитов с оптическими часами

  • Натан Шайн
  • Аарон В. Янг
  • Адам М. Кауфман

  Физика природы (2022)

Комментарии

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и Правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Атомные часы с поразительной точностью

• НОВОСТИ И ОБЗОРЫ
• 24 марта 2021 г.

С рекордной точностью сравнили три атомных часа на основе разных атомов. Полученные данные приближают переопределение второго на шаг и помогают в поисках темной материи — неуловимого компонента Вселенной.

• Рэйчел М. Годун ⁰

1. Рэйчел М. Годун

   1. Рэйчел М. Годун работает в Отделе времени и частоты Национальной физической лаборатории, Теддингтон, Миддлсекс, TW11 0LW, Великобритания.

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed
   Google ученый

Невероятная точность атомных часов делает их превосходными инструментами для измерения времени и других точных измерений. Пишу в Nature , Boulder Atomic Clock Optical Network (BACON) Collaboration ¹ сообщает о чрезвычайно точном сравнении трех ведущих мировых часов в Боулдере, штат Колорадо, размещенных в Национальном институте стандартов и технологий (NIST) и исследовательском институте JILA. Авторы показывают, как их сравнения часов дают представление о фундаментальной физике и представляют собой существенный прогресс в переопределении секунды в Международной системе единиц (СИ).

Варианты доступа

Подписаться на журнал

Получить полный доступ к журналу на 1 год

199,00 €

всего 3,90 € за выпуск

Подписаться

Расчет налогов будет завершен во время оформления заказа.

Купить статью

Получите ограниченный по времени или полный доступ к статье на ReadCube.

32,00 $

Купить

Все цены указаны без учета стоимости.

Природа 591 , 534-535 (2021)

doi: https://doi. org/10.1038/d41586-021-00738-0

Ссылки

1. Сотрудничество с оптической сетью атомных часов в Боулдере (BACON). Природа 591 , 564–569 (2021).

   Артикул

   Google ученый

2. Брюэр, С. М. и др. Физ. Преподобный Летт. 123 , 033201 (2019).

   ПабМед
   Статья

   Google ученый

3. Ботвелл, Т. и др. Метрология 56 , 065004 (2019).

   Артикул

   Google ученый

4. McGrew, W. F. et al. Природа 564 , 87–90 (2018).

   ПабМед
   Статья

   Google ученый

5. Риле Ф., Гилл П., Ариас Ф. и Робертссон Л. Metrologia 55 , 188–200 (2018).

   Артикул

   Google ученый

6. Розенбанд, Т. и др. Наука 319 , 1808–1812 (2008).

   ПабМед
   Статья

   Google ученый

7. Немиц, Н. и др. Фотон природы. 10 , 258–261 (2016).

   Артикул

   Google ученый

8. Lange, R. и др. Физ. Преподобный Летт. 126 , 011102 (2021).

   ПабМед
   Статья

   Google ученый

9. Origlia, S. и др. Физ. Ред. A 98 , 053443 (2018).

   Артикул

   Google ученый

10. Dörscher, S. и др. Метрология 58 , 015005 (2021).